Буровой раствор для бурения водозаборных скважин


Буровой раствор

При работе нефтяной или газовой скважины, ее разработке используется специальный буровой раствор, приготавливаемый непосредственно перед добычей полезных ископаемых. Его использование позволяет решить большой спектр задач, начиная от фильтрации и очистки забоя и стволового пространства и заканчивая основными требованиями техники безопасности, поэтому применение такого раствора является необходимым процессом в ходе разработки любого месторождения. Современные растворы могут иметь разный состав, вязкость, вес и другие характеристики, и приготовление осуществляется с учетом особенностей залежей, выбранных технологий, финансовых аспектов и других факторов.

Что такое буровой раствор?

Буровым раствором называют сложную дисперсионную систему жидкостей эмульсионного, аэрационного и суспензионного типа, которые служат для промывки стволов в ходе бурения скважин. Циркулируя внутри, раствор чистит стенки от наслоений, вымывает остатки пробуренных пород, выводя их на поверхность, стимулирует разрушение слоев инструментом, позволяет провести качественное вскрытие горизонта и решить массу иных задач.

Как правило, при бурении используются составы на основе воды и углеводородных частиц (раствор битума и известняка, эмульсии инвертного типа). Для бурения в отложениях хемогенного вида обычно используется приготовление буровых растворов на основе соленасыщенных глинистых элементов, гидрогелей, при высоком риске обвалов применяют растворы-ингибиторы, а в случае повышенной температуры создаются термостойкие составы на глинистой основе. Если же разработка осуществляется на месторождениях с повышенными показателями давления, то необходимо использовать растворы утяжеленного типа.

Свойства буровых растворов

Продуктивность работы с использованием раствора зависит от качества последнего. Особенно важными являются такие свойства, как плотность, водоотдача, вязкость, напряжение сдвига. Плотность измеряется при помощи ареометра, ее показатель варьируется в пределах 1000-2500 кг на кубометр, а вязкость условного типа определяется временем, за которое раствор в определенном объеме протекает из классической воронки. Существует также эффективная вязкость, которую измеряют вискозиметром, и она отображает соотношение напряжений в общем потоке и скоростного градиента.

Что касается напряжения сдвига, то его также измеряют вискозиметром; стандартное значение колеблется в пределах 0-20 Па. Для измерения водоотдачи нужно знать объем фильтрата, который выделяется через очистное оборудование при перепаде давления за полчаса на 100 и более кПа.

Чтобы обеспечить максимальную продуктивность бурения, свойства растворов контролируют посредством ввода специальных реагентов и материалов для улучшения качества. Так, при необходимости уменьшения водоотдачи буровой раствор могут обработать реагентами на углещелочной основе, сульфитно-спиртовым составом, целлюлозными добавками, крахмалом модифицированного типа. Реологические качества достигаются посредством ввода в буровые растворы понизителей вязкости: к ним относится, например, нитролигнин, полифенолы, фосфат и другие вещества.

Предотвращение проявлений воды, нефти и газа при повышенном давлении осуществляется посредством увеличения плотности состава: для этого в раствор вводят утяжелитель (бармит, мел, гематит). В состав также может быть добавлен пенообразователь или произведено аэрирование. Антифрикционные качества растворов улучшаются посредством добавления смазок (графит, нефть, гудрон и пр.), а для сохранения нужных свойств при высоких температурах во время эксплуатации буровые растворы обогащают хроматами кальция, натрия, антиоксидантами. Для пеногашения состав может быть дополнен резиновой крошкой, спиртовыми частицами или кислотами.

Состав буровых растворов

Приготовление буровых растворов требует использования тонкодисперсионных глиняных веществ с высокой степенью пластичности и невысоким процентом песчаных частиц: они могут создавать вязкую суспензию в контакте с водой, которая не будет давать осадка в течение долгого времени. Наилучшими свойствами обладают разновидности глиняных порошков на основе щелочных составов, и они дают растворы с невысоким показателем плотности.

При создании бурового раствора важно следить, чтобы туда не попали вредные примеси, к которым относится гипс, частицы известняка, а также соли, способные растворяться в воде. По техническим требованиям, главным показателем качества сырья в виде порошка или глины считается выход раствора, т.е. число кубометров нужной вязкости, которые получаются из тонны сырья. Важными показателями также считаются такие параметры, как плотность и число песка в составе.

Назначение буровых растворов

Приготовление буровых растворов преследует ряд важных целей:

  • Охлаждение поверхностей долот и их смазывание. Поскольку работа такого оборудования сопровождается возникновением большого трения, основным назначением состава является смазывание и уменьшение температуры, что повышает износостойкость техники.
  • Очистка забоя. Большинство типов растворов позволяет эффективно вымыть из скважины выбуренную породу, а также вынести ее на поверхность. Качество и степень очистки определяется физико-химическими свойствами составов, а также геологическими особенностями, поэтому в приготовлении нужно учесть и состав пород месторождения.
  • Создание очистного слоя на стенках ствола. Формируемая корка имеет невысокую проницаемость, поэтому она обеспечивает устойчивость песков в верхней зоне разреза и разделяет скважину и проницаемые слои.
  • Предупреждение проявлений нефти, газа и пластовой воды.
  • Защита от обвалов стенок, которые могут произойти в случае наличия в составе пород неустойчивой глины.
  • Еще одно назначение – обеспечение высокого качества вскрытия горизонтов: большинство видов современных растворов позволяет не допустить их загрязнения в процессе бурения, а также избежать полного закупоривания, делающего разработку очень трудной.
  • Снижение затрат на фиксацию при помощи колонн.
  • Получение данных для анализа при работе разведывательных скважин является одним из вспомогательных назначений раствора; предметом изучения является шлам и выносимые части породы.
  • Повышение устойчивости труб и оборудования к коррозии.
  • Последнее назначение – обеспечение техники безопасности в процессе разработки и минимизация вреда для окружающей среды и экологической обстановки района.

Виды и типы буровых растворов

Современная классификация включает следующие виды жидкостей для промывки:

  1. Растворы на основе воды. В эту категорию выделяют безглинистые составы (техническая вода, растворы, суспензии и средства на основе полимеров), глинистые вещества (на основе пресной, минерально воде, гипсовые, глиняные и хлорные растворы).
  2. Растворы на неводной основе: составы с углеводородами, нефтепродуктами с минимальным содержанием газа.
  3. Жидкости аэрированного типа, пены.
  4. Газообразные реагенты.

Приготовление буровых растворов

Если в скважине есть залежи глины коллоидного типа, то жидкость для промывки образуется там при бурении ствола. Когда вода попадает в ствол, она диспергирует глиняный состав, частицы которого выбуриваются инструментом, и создается раствор на основе глины; его качество зависит от объема воды и может быть улучшено посредством добавления химических элементов. Такой способ является наименее затратным по средствам и силам.

Также раствор может приготавливаться в мешалках, где глину соединяют с водой и активно перемешивают. В случае необходимости улучшения свойств туда добавляют реагенты (они могут увеличить или уменьшить плотность, вязкость и другие качества). После приготовления проводится очистка жидкости, для чего в стволе формируется специальный желоб с перегородками: по нему жидкость проводится до устья и фильтруется от примесей.

Компания СНК осуществляет сервис буровых растворов, который включает согласование технических особенностей, обследование оборудования, доставку материалов с приготовлением растворов нужного типа, анализ, контроль качества и многое другое. Подробности можно узнать на официальном сайте организации..

Карамовское месторождение: мультибур

Читайте также:

Буровые растворы для бурения, заканчивания и капитального ремонта скважин

Качество строительства скважин, в тч и качество вскрытия продуктивного пласта, во многом зависит от применяемого бурового раствора, поскольку буровой раствор - 1я технологическая жидкость, вступающая во взаимодействие с вновь вскрываемой породой.

В процессе бурения на репрессии с промывкой любым типом бурового раствора в околоскважинной зоне формируется зона кольматации и зона проникновения фильтрата, физико-химический состав и глубина которых определяют как устойчивость приствольной зоны, так и снижение гидропроводности и фазовой проницаемости продуктивного пласта.

На основе анализа фундаментальных исследований в области химии и биохимии углеводов, обобщения практики бурения скважин в качестве полимерных реагентов для регулирования фильтрационных и реологических свойств безглинистых и малоглинистых буровых растворов используются полисахариды.

Основной причиной выбора полисахаридов является их способность к химической и биологической деструкции, за счет чего обеспечивается возможность разрушения и удаления кольматационного слоя, образующегося в процессе бурения, и практически полное восстановление коллекторских свойств пласта.

Разработана технология получения комплексных полисахаридных реагентов с использованием ингибиторов термоокислительной деструкции, в качестве которых использованы водорастворимые силикаты, бораты щелочных металлов, формиаты натрия и калия.

Комплексные реагенты содержат также гидрофобизирующие добавки на основе калиевых солей жирных кислот и неионогенного ПАВ.

Применение этих реагентов обеспечивает сохранение регламентированных реологических и фильтрационных свойств полисахаридных систем при t =90-1800оC в течение длительного времени (исследования проводились в течение 45 суток).

На основе этих реагентов предлагается ряд рецептур безглинистых и малоглинистых буровых растворов для различных условий бурения, особенности состава и свойств которых приведены ниже.

Полимер-эмульсионный буровой раствор (ПМГ) для бурения надпродуктивного интервала

В качестве основного средства промывки скважины при бурении надпродуктивного интервала наиболее эффективно применение бурового раствора со свойствами, обеспечивающими устойчивость глинистых отложений, снижение проницаемости водоносных пластов, качественную очистку ствола скважины.

Высокопроницаемые водоносные пласты, неизолированные к моменту первичного вскрытия продуктивного пласта, требуют больших затрат обрабатывающих реагентов, завышения сверх необходимого его структурных показателей, добавления в раствор кольматантов, оказывающих отрицательное влияние на качество вскрытия пласта.

Входящие в состав раствора полимерные и ингибирующие реагенты придают раствору необходимые свойства.

Реагент-гидрофобизатор Синтал выполняет роль стабилизатора неустойчивых отложений, кольматирующей, гидрофобизирующей и смазывающей добавки.

Дополнительная кольматация водоносных пластов и упрочнение стенок скважины достигается водорастворимыми силикатами (силикаты натрия, калия или их смеси).

Применение полианионной целлюлозы в сочетании с Синтал и силикатами обеспечивает буровому раствору необходимые реологические характеристики.

С использованием гидравлических программ (программа Landmark) рассчитываются оптимальные показатели реологических свойств раствора для бурения наклонных, пологих и горизонтальных участков стволов скважин.

Компонентный состав для конкретного месторождения уточняется по результатам анализа геолого-технической документации и проведения дополнительных исследований кернового материала или шлама.

Выбор комплекса ингибиторов проводится по стандартам АНИ и отечественным методикам.

Буровой раствор характеризуется низкими значениями показателя фильтрации (Ф = 2,0-8,0 см3 по АРI), регулируемыми в широком диапазоне реологическими показателями (η=10-40 мПа*с; τ0=25-180,0 дПа ), низким коэффициентом трения (Ктр = 0,07-0,1 по API).

Положительно то, что этот раствор легко модифицируется в буровой раствор для вскрытия продуктивного пласта путем дополнительного ввода крахмала, карбоната кальция и биополимера.

Раствор БР-ПМГ успешно применяли при проводке скважин в неустойчивых глинизированных отложениях значительной протяженности с зенитным углом 50-70º с сохранением номинального диаметра скважин при бурении пологих и горизонтальных участков ствола скважины, в тч при бурении дополнительных стволов на месторождениях Пермской области, при этом исключается необходимость установки цементных мостов в верейском горизонте, которые при бурении по традиционной технологии были обязательны.

В настоящее время этот раствор применяется на месторождениях республики Коми, Казахстана.

Буровые растворы на основе полисахаридов для вскрытия продуктивного пласта

Выбор оптимальной рецептуры бурового раствора для вскрытия продуктивного пласта рассматривается как ключевой момент сохранения коллекторских свойств пласта.

В лаборатории разработано несколько типов безглинистых систем на основе полисахаридов (ББР), которые предназначены для вскрытия продуктивных пластов.

Методически выбор компонентного состава бурового раствора для вскрытия продуктивного пласта обосновывается по результатам оценки его влияния на изменение проницаемости пористой среды и по коэффициенту восстановления проницаемости образцов керна после фильтрации бурового раствора при реальных перепадах давлений, возникающих при первичном вскрытии.

Для предотвращения глубокого проникновения дисперсной фазы и дисперсионной среды бурового раствора в пласт предусматривается ввод кислоторастворимого кольматанта, фракционный состав которого выбирается по результатам исследования кернового материала конкретного месторождения.

Применение полимерных реагентов из класса полисахаридов и правильный подбор фракционного состава кольматанта обеспечивает быстрое формирование в призабойной зоне пласта незначительной по глубине и низкопроницаемой зоны кольматации, которая предупреждает глубокое проникновение бурового раствора и его фильтрата в пласт в период первичного вскрытия, но легко разрушается в период освоения.

Зона кольматации, сформированная ББР на основе полисахаридов, может быть легко разрушена в процессе освоения при использовании специальных деструктурирующих реагентов, например, комплексного реагента КДС, который предлагается в качестве основы перфорационной среды.

В зависимости от геолого-технических условий, конструкции скважины разработано несколько вариантов ББР.

БЕЗГЛИНИСТЫЙ БУРОВОЙ РАСТВОР ББР-СКП

Безглинистый буровой раствор на основе полисахаридов (крахмал, ПАЦ, биополимер), ПАВ и ингибирующих добавок имеет низкие значения показателя фильтрации (при DР= 0,7 МПа Ф=2,0-6,0 см3), технологически необходимые для проводки горизонтальных скважин и скважин с большим углом наклона структурно-реологические характеристики (h=12-25 мПа*с; t0=5-150 дПа, Gel10c/10мин = 3,5-12/5-24 lb/100 ft2; СНС1/10= 0,5-1,5/ 0,5-2,5 Па); оптимальные псевдопластичные свойства (коэффициент «n» =0,36-0,48) и низкие гидравлические сопротивления (коэффициент консистенции «К»=0,31-1,15); при этом буровые растворы имеют низкие значения коэффициента трения (Ктр = 0,05 - 0,15), фильтрат бурового раствора имеет низкое поверхностное натяжение на границе с углеводородной жидкостью ( 0,75-0,95 мН/м).

Присутствие ингибиторов набухания и диспергирования глин (КС1, силикаты и др.) обеспечивает устойчивость глинистых отложений и предупреждает набухание глины в коллекторе пласта. ББР-СКП стабилен при любой минерализации, фильтрационная корка устойчива к воздействию тампонажного раствора.

Дополнительное физико-химическое модифицирование фильтрационной корки ББР в процессе подготовки ствола скважины к цементированию обеспечивает плотный контакт цементного камня с породой.

БЕЗГЛИНИСТЫЙ БУРОВОЙ РАСТВОР РЕОГЕЛЬ

Для бурения пологих и горизонтальных участков ствола скважины разработана оригинальная рецептура безглинистого бурового раствора на основе отечественных полисахаридных реагентов и комплексообразователя - система РЕОГЕЛЬ, проявляющая при определенном сочетании реагентов вязко-упругие свойства, что обеспечивает раствору необходимую выносную и удерживающую способность.

Уникальные структурно-реологические и низкие фильтрационные свойства раствора обеспечивают минимальное проникновение его в пласт, одновременно раствор характеризуется высокими капсулирующими свойствами, обеспечивая незначительную смачиваемость выбуренной породы, тем самым препятствуя диспергированию шлама, но обеспечивая полное осаждение шлама при низкой скорости течения (в отстойниках, желобах и приемных емкостях буровых насосов).

Буровой раствор не создает в проницаемых пластах на стенке скважины толстой фильтрационной корки и способствует высокой степени замещения бурового раствора тампонажным.

Входящий в состав бурового раствора антиоксидант предотвращает ферментативное разложение полисахаридов.

Эффективность этого раствора с точки зрения сохранения коллекторских свойств пласта не ниже, чем у известных систем буровых растворов с биополимером и мраморной крошкой, но стоимость раствора значительно ниже за счет использования только отечественных реагентов.

ПОЛИМЕР-ЭМУЛЬСИОННЫЙ БУРОВОЙ РАСТВОР ЭМУЛГЕЛЬ

Для строительства скважин в сложных гидрогеологических и технико-технологических условиях (например, при бурении через кыновские аргиллиты, глауконитовые глины) при необходимости решения основной проблемы сохранения устойчивости ствола скважины в интервалах залегания неустойчивых глинистых отложений при больших зенитных углах и обеспечения выноса шлама из сильно искривленного участка ствола скважины разработан полимер-эмульсионный буровой раствор ЭМУЛГЕЛЬ.

Исследования показали, что наибольший эффект по сохранению стабильности сланцев достигается в углеводородсодержащих средах в присутствии ингибирующих добавок (KCl, силикаты, CaCl2).

Разработан комплексный реагент на основе ОЭЦ и продукта модификации жировых гудронов на основе минерального сырья, позволяющий обеспечить необходимые фильтрационные и реологические показатели высокоминерализованного бурового раствора плотностью кг/м3.

За счет повышенного содержания углеводородсодержащей составляющей раствор обладает усиленными ингибирующими свойствами и оптимальными структурно-реологическими показателями, необходимыми для качественной очистки забоя при больших зенитных углах.

Полученная прямая эмульсия типа «масло в воде» обладает положительными свойствами растворов на нефтяной основе, но при этом исключаются такие негативные свойства РНО, как экологическая и пожарная опасность.

В состав раствора входят полисахаридные реагенты - регуляторы реологических и фильтрационных свойств, ингибиторы набухания и диспергирования глин, эмульгатор, углеводородная среда, при необходимости - кислоторастворимый кольматант.

Этот раствор может быть использован и для бурения горизонтального участка при вскрытии продуктивного пласта, т. к. по своим физико-химическим и технологическим показателям отвечает требованиям для качественного вскрытия продуктивного пласта.

УТЯЖЕЛЕННЫЕ БУРОВЫЕ РАСТВОРЫ ДЛЯ ВСКРЫТИЯ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ

Для ведения работ в условиях АВПД традиционно используют глинистые буровые растворы, содержащие в качестве добавок баритовый, железистый и другие утяжелители. Эти системы отличают относительно невысокая стоимость, широкий спектр обрабатывающих реагентов и большой опыт применения.

Однако использование таких растворов приводит к необратимой кольматации продуктивных пластов (особенно низкопроницаемых, трещиноватых и трещино-поровых коллекторов) и требует дополнительных дорогостоящих операций по восстановлению проницаемости пласта.

Снижение проницаемости призабойной зоны коллектора после первичного вскрытия изменяется в интервале 30 - 70%.

Безглинистые буровые растворы, плотность которых регулируется концентрацией водорастворимых солей и кислоторастворимых утяжелителей, имеют принципиальное преимущество перед глинистыми при заканчивании скважин за счет исключения из состава кольматанта, трудноудаляемого из ПЗП при освоении.

Дополнительным преимуществом таких буровых растворов является более высокое качество крепления скважин.

Разработаны утяжеленные безглинистые буровые растворы плотностью до 1600 кг/м3 на основе пластовой воды, растворов неорганических солей (хлориды натрия, калия, кальция, магния) и карбоната кальция для доутяжеления.

Оптимизация реологических и фильтрационных свойств этих растворов проводится комплексом полисахаридных реагентов.

Буровые растворы плотностью 1600 - 2200 кг/м3 на основе бромидов кальция, цинка или их смесей обеспечивают относительно высокое качество вскрытия продуктивного пласта и возможность почти полного восстановления проницаемости ПЗП (до 70 - 90%), но область их применения ограничивается низкой термобарической устойчивостью и экологической опасностью.

Высокую плотность растворов могут обеспечивать не только неорганические соли, но и органические, в частности, формиаты щелочных металлов.

Формиаты обладают рядом преимуществ по сравнению с тяжелыми неорганическими солями, и в частности, экологической безопасностью, высокой ингибирующей способностью по отношению к глинистым сланцам, повышением термостабильности полисахаридных реагентов, низкой коррозионной активностью, совместимостью с пластовыми флюидами, снижением коэффициента трения буровых растворов.

Разработаны технологические жидкости на основе формиатов, которые содержат комплекс полисахаридных реагентов для регулирования фильтрационных, реологических, псевдопластичных и капсулирующих свойств и мраморную крошку для временной кольматации ПЗП.

Буровые растворы на основе формиатов сохраняют термостабильность при температурах до 200оС, имеют низкие значения показателя фильтрации (0,5-3,5 см3 при DР = 0,7 МПа), регулируемые в широких пределах значения пластической вязкости (h=15-95 мПа*с) и динамического напряжения сдвига (τ0=60-200 дПа), при этом буровые растворы имеют низкие гидравлические сопротивления (коэффициент консистенции К =0,008-0,227 при скорости сдвига 511/1022с-1), низкие значения коэффициента трения (Ктр=0,09- 0,207), фильтрат раствора имеет низкое поверхностное натяжение на границе с углеводородной жидкостью (σ=0,0083-0,013 Н/м).

Предлагается несколько рецептур:

- Системы без твердой фазы на основе формиата натрия (r = 1300 кг/м3), формиата калия (r = 1670 кг/м3), формиатов калия и цезия (r = 2200 кг/м3);

- Системы с частичной заменой формиатов на кислоторастворимый карбонатный утяжелитель (r = 1800 кг/м3). В качестве утяжелителя использовали мраморную крошку;

- Системы с пониженным содержанием кислотонерастворимой твердой фазы (r = 2200 кг/м3). Для доутяжеления используется барит, Магбар, сидерит (карбонат железа), гематит.

Преимущества использовании формиатов

- не ужесточаются требования со стороны природоохранных организаций, так как при их использовании и при использовании совместно с другими компонентами бурового раствора не образуется экологически опасных отходов;

- появляется возможность многократного и многоцелевого использования бурового раствора ввиду его высокой ферментативной устойчивости и устойчивости к термоокислительной деструкции;

- для приготовления и очистки бурового раствора в процессе бурения не требуется дополнительного оборудования буровых установок;

- буровой раствор на основе формиатов может быть использован в качестве жидкости глушения или жидкости перфорации, т. к. он не оказывает отрицательного влияния на коллектор.

РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИСАХАРИДОВ

С использованием безглинистых и малоглинистых буровых растворов на основе полисахаридных реагентов в гг в Пермском Прикамье пробурено более 300 скважин, в тч пологие и горизонтальные скважины.

Растворы применялись также в ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь, и КРС (п. Самарский), Удмуртии, республиках Коми и Казахстан.

Анализ результатов применения буровых растворов на основе полисахаридов при бурении вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных скважин позволил отметить следующие преимущества предлагаемых систем буровых растворов:

- Высокие ингибирующие и низкие фильтрационные характеристики растворов позволили сохранить устойчивость стенок ствола скважины на весь период бурения. Каротажный материал (каверномер) показал, что средний диаметр скважин в интервале залегания терригенных отложений близок к номинальному.

- Поддержание реологических характеристик на уровне проектных значений обеспечило высокую выносную и удерживающую способности безглинистых буровых растворов, что позволило избежать осложнений в процессе бурения, связанных с зашламлением ствола скважины при зенитных углах 30-700.

- Вскрытие продуктивного пласта проходит без остановок в бурении, так как раствор ББР-ПМГ, используемый для бурения надпродуктивного интервала, совместим с безглинистыми буровыми растворами, используемыми для вскрытия продуктивного пласта, в тч для горизонтальных участков стволов скважины.

Поэтому для проводки горизонтального участка и первичного вскрытия продуктивного пласта не требуется сброс циркулирующей в скважине промывочной жидкости и, соответственно, сократились временные затраты по приготовлению раствора.

- Использование растворов позволило повысить технико-экономические показатели работы долот за счет высокой смазывающей способности и низкого значения коэффициента трения.

- Проведенные гидродинамические исследования коллекторских свойств продуктивного пласта показали отсутствие загрязнения ПЗП (фильтрационно-емкостные характеристики призабойной и удаленной зон продуктивного пласта практически одинаковы); после освоения скважин полученные дебиты соответствовали или превышали проектные, время освоения сократилось в 1,5-2 раза, при этом освоение скважины проходит, как правило, без дополнительных воздействий на пласт.

Название

месторождения

Тип раствора,

применяемого для вскрытия продуктивного пласта

Скин-эффект

Аптугайское

ББР-СКП

-5,8

Аптугайское

ББР-СКП

+1,08

Аптугайское

ББР-СКП

-2,751

Аптугайское

ББР-СКП; открытый ствол

-2,679

Аптугайское

ББР-СКП; открытый ствол

-4,36

Южно-Ошское

ББР-СКП

-1,2

На составы буровых растворов имеются патенты РФ и гигиенические сертификаты.

ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ. БУРОВОЙ РАСТВОР

Буровой раствор и его функцию в бурении с промывкой трудно переоценить. Как вам известно, по технологии бурения, раствор для бурения скважин на воду, готовят на основе глины или бентонита.  От правильности его приготовления и последующего контроля консистенции раствора в процессе бурения, зависит весь результат вашей работы. Скажу только, что если раствор будет содержать недостаточное количество растворенной в нем глины, в плывунах может произойти обрушение стенок скважины. Стенки осыпятся на буровой инструмент и если не “похоронят” его под землей, то доставят вам кучу проблем с их высвобождением, а с другой стороны, если “переборщить” с глиной, то можно замыть слабый водонос и после обсадки скважины тратить дополнительно драгоценное время бригады на прокачку скважины. 

Рассмотрим вариант приготовления раствора на основе глины, так как это сырье широко распространено и бесплатно. Глину обычно набирают на отвалах котлованов новых строек. На стройках набирать ее удобно - она рыхлая. Набирают ее заранее и сразу на несколько объектов вперед. Фасуют глину в пластиковые мешки по 50кг. Если вы не знаете, где набирать глину в своем регионе, берите там, где на ощупь “жирнее”. Потом на практике из всех вариантов выберете ту, которая больше понравится в работе. 

По технологии бурения, готовят раствор во втором приямке (для приготовления раствора) следующим образом, высыпают половину мешка в приямок, добавляют немного воды и активно, совковой лопатой (острием вниз), поступательными движениями, стараются растворить всю глину в воде. Если приямки выкопаны в песке, обратите внимание, как раствор, попадая на песчаные стенки изолирует их, как целлофан, и ни вода ни раствор уже не будут уходить из приямка в землю. Точно так же ведет себя буровой раствор и внутри скважины изолируя стенки, плюс к этому раствор имеет большую плотность чем вода, поэтому столб раствора давит на стенки скважины изнутри. В таком виде скважина обретает стабильность,  и ее стенки не рушатся даже в плывунах и сухих песках. 

Подготовив качественный раствор до начала бурения вовсе не значит, что о нем можно “забыть” до окончания работы. А ведь многие новички именно так и поступают. Они думают, что вода не прозрачная, поэтому беспокоиться не о чем. Этим они и обманываются. Крупные частицы глины быстро оседают на дне, а в воде остается обычная муть, которая уже не является раствором и близко. При входе в плывун, вдруг, по непонятным для них причинам, рушатся стенки скважины, начинается борьба с ветряными мельницами и спасение увязшего бурового инструмента. Совет простой, о растворе нужно помнить от подключения мотопомпы к вертлюгу буровой установки, до выключения малогабаритной буровой установки от сети. Никаких приборов по определению химических и физических показателей бурового раствора у нашего брата нет, поэтому все делается в ответ на ту или иную возникающую ситуацию следующим образом. В лотке, соединяющим  скважину с первым приямком (отстойником) вы будете видеть все породы, которые разрушает бур. Например, если видите, что вымывается большое количество песка, обычно этому сопутствует поглощение (некоторое уменьшение уровня раствора в приямках), нужно снизить скорость бурения, добавить в приямок глину и перемешать ее, если же на поверхность поднимаются кусочки глины, а большая ее часть растворяется в растворе, то нет необходимости добавлять глину в раствор, напротив, по технологии бурения, в таких случаях иногда приходится откачивать из приямков часть раствора и замещать его чистой водой. Мотопомпе сложно подавать перенасыщенный глиной буровой раствор в установку. И помните, если вы только начали бурить и находитесь на глубине двух метров, то породы выносятся в течении нескольких секунд, если находитесь на глубине  например 40 метров, то на вынос породы затрачивается значительно большее время. Учитывайте это при исследовании выноса. 

По поглощению раствора так же определяют наличие водоносного горизонта. Последний вбирает в себя значительную часть бурового раствора. На поверхности вы наблюдаете процесс поглощения по уменьшению уровня бурового раствора в приямках и принимаете решение о продолжении работы или о демонтаже колонны буровых штанг с последующей обсадкой скважины обсадными трубами.

Города, в которые осуществляем доставку: Абакан, Алматы, Альметьевск, Армавир, Архангельск, Астрахань, Ачинск, Балаково, Барнаул, Белгород, Белогорск, Березники, Бийск, Биробиджан, Благовещенск, Братск, Брянск, Великий Новгород, Владивосток, Владимир, Волгоград, Волжский, Вологда, Воронеж, Глазов, Димитровград, Екатеринбург, Златоуст, Иваново, Ижевск, Иркутск, Ишимбай, Йошкар-Ола, Казань, Калуга, Кемерово, Кипарисово, Киров, Киселевск, Клинцы, Комсомольск-на-Амуре, Кострома, Краснодар, Красноярск, Курган, Курск, Лабытнанги, Липецк, Магадан, Магнитогорск, Махачкала, Миасс, Москва, Мурманск, Набережные Челны, Находка, Нерюнгри, Нефтекамск, Нижневартовск, Нижний Новгород, Нижний Тагил, Новокузнецк, Новороссийск, Новосибирск, Новый Уренгой, Ноябрьск, Омск, Орел, Оренбург, Орск, Пенза, Пермь, Петрозаводск, Петропавловск-Камчатский, Прокопьевск, Псков, Пятигорск, Ростов-на-Дону, Рубцовск, Рязань, Салават, Салехард, Самара, Санкт-Петербург, Саранск, Саратов, Северодвинск, Смоленск, Сочи, Ставрополь, Стерлитамак, Сургут, Сыктывкар, Таганрог, Тамбов, Тверь, Тольятти, Томск, Тула, Тюмень, Улан-Удэ, Ульяновск, Усть-Илимск, Уфа, Хабаровск, Ханты-Мансийск, Чайковский, Чебоксары, Челябинск, Череповец, Чита, Шарья, Шахты, Южно-Сахалинск, Якутск, Ярославль, Абакан, Актау, Актюбинск (Актобе), Анадырь, Анапа, Астана, Атырау, Балхаш, Белорецк, Волжск, Забайкальск, Зеленоград, Калининград, Караганда, Кокчетав (Кокшетау), Кустанай (Костанай), Кызыл-Орда, Минск, Наб.Челны, Ниж.Новгород, Ниж.Тагил, Нов. Уренгой, Норильск, Октябрьский, Павлодар, Петропавловск (Казахстан), Рыбинск, Семипалатинск (Семей), Старый Оскол, Сызрань, Талды-Курган, Тараз, Уральск, Уссурийск, Усть-Каменогорск (Оскемен), Чимкент (Шымкент),Чистополь, Энгельс

Бур

Бурение буровыми растворами

17.08.2017 16:21

Буровым раствором называется дисперсная система, имеющая сложный многокомпонентный состав, суспензионных, эмульсионных и аэрированных жидкостей, которые используются с целью промывания скважин во время бурения.

Бурение буровыми растворами применяется на практике с первой половины XIX века. Использование буровых растворов впервые предложил в 1833 году Фовелл, французский инженер. Именно он в процессе канатного бурения он наткнулся на воду и заметил, что фонтанирующая вода является достаточно эффективным средством, удаляющим буровой шлам из скважины. Увиденное подтолкнуло его на создание аппарата, конструкция которого позволяла закачивать воду под буровую штангу, из которой  буровой шлам вымывался водой на поверхность между буровой штангой и стволом скважины.

Буровой раствор при бурении скважин играет очень важную роль, поэтому к нему предъявляются особые требования. Во время циркуляции в скважине он должен:

  • создавать давление, противоположное поровому давлению;
  • очищать забой от вырубленной породы, что является главной задачей бурового раствора;
  • формировать фильтрационную корку на стенках скважины, тем самым делая крепче неустойчивые отложения;
  • снижать воздействие фильтрата бурового раствора на породы путем разобщения разбуриваемых пластов и открытого ствола;
  • транспортировать породу, которая вырубается, из скважинного ствола и удерживать ее во взвешенном состоянии после того, как циркуляция завершается;
  • передавать гидравлическую энергию на забойный двигатель и долото;
  • предупреждать обвалы;
  • обеспечивать высокое качество вскрытия продуктивных пластов;
  • обеспечивать смазывающее действие на буровой инструмент, а также предотвращать образование коррозии на нем;
  • охлаждать и смазывать долото;
  • обеспечивать охрану окружающей среды;
  • не допускать появления каких-либо осложнений во время бурения, к которым относится дифференциальный прихват, поглощение, нефтегазопроявление и др.;
  • предоставлять информацию о геологическом разрезе.

В связи с этим, существует несколько типов  буровых растворов, которые различны между собой по своему составу.

Состав бурового раствора может быть разным. Таким образом, во время вращательного бурения нефтяных и газовых скважин в качестве промывочных жидкостей могут быть использованы следующие:

  • агенты, в основе которых присутствует вода;
  • агенты на основе углеводорода;
  • эмульсионные агенты;
  • газообразные и аэрированные агенты.

К агентам на водной основе относятся:

  • техническая вода;
  • естественные буровые растворы;
  • глинистые растворы;
  • неглинистые растворы.

Из всех вышеперечисленных агентов самой доступной и бюджетной промывочной жидкостью является техническая вода. Они обладает такими свойствами, как низкая вязкость, в связи с чем очень легко прокачивается, а также хорошо справляется с удалением шлама с забоя скважины. В связи с этим, техническая вода максимально охлаждает долото. Однако, она имеет и свои минусы, к которым относится плохая способность удерживать частицы вырубленной породы, особенно во время завершения циркуляции, а также не способность образования упрочняющей корки на стенке скважины. Кроме этого, низконапорные пласты достаточно хорошо впитывают воду, что приводит к набуханию глинистых пород и ухудшению проницаемости нефтегазовых коллекторов.

К естественным буровым растворам относится водная суспензия, которая образуется в скважине при диспергировании шлама горных пород, которые разбуриваются на воде. Главным преимуществом использования естественных буровых растворов является существенное снижение востребованности привозных материалов, что значительно экономит бюджет. Однако, на качество и свойства таких растворов имеет значительное влияние минералогический состав, а также природные разбуриваемые глины, способ и режим бурения, тип породоразрушающего инструмента и т.д. Зачастую они имеют большое содержание в своем составе абразивных частиц. В связи с этим, применение естественных буровых растворов является наиболее целесообразным тогда, когда геолого-стратиграфические условия свидетельствуют о том, что нет необходимости в промывочной жидкости высокого качества.

Наибольшая популярность при бурении скважин принадлежит глинистым буровым растворам. В буровом деле главное место принадлежит трем группам глинистых минералов: бентонитовым (монтмориллонит, бейделлит, нонтроиит, сапонит и др.), каолиновым (каолинит, галлуазит, накрит и др.), гидрослюдистым (иллит, бравиазит и др.).  С точки зрения приготовления бурового раствора самые лучшие качества присущи монтмориллониту и другим бентонитовым минералам. Таким образом, чтобы приготовить 15 кубометров глинистого раствора высокого качества, требуется 1 тонна бентонитовой глины, в то время, как то же количество глины среднего качество при приготовлении раствора даст всего лишь 4-8 кубометров, а из низкосортной глины получится всего лишь 3 кубометра раствора.

Глинистые буровые растворы способы глинизировать скважинные стенки, в результате чего образуется тонкая и плотная корка. Благодаря этому фильтрат не попадает в пласты. Растворы обладают такой плотностью и вязкостью, что они способны удерживать шлам разбуренной породы даже в состоянии покоя, препятствуя оседанию на забой во время пауз в промывке. Утяжеленные глинистые растворы создают высокое противоположное давление на пласты, тем самым предупреждая просачивание пластовых вод, нефти, а также газа в скважину и открытое фонтанирование во время бурения. Но данные свойства являются как положительными и отрицательными одновременно, ведь по этим же причинам частицы породы в циркуляционной системе бурового раствора отделяются с трудом.

Кроме этого также используются и многие другие буровые растворы, основным компонентом которых является вода. К ним относятся малоглинистые, соленасщенные, ингибированные и многие другие.

Неглинистыми буровыми растворами называются такие растворы, приготовление которых осуществляется без добавления глины. При приготовлении неглинистого бурового раствора с конденсированной твердой фазой используется в качестве основного компонента вода. Дисперсная фаза в таком растворе формируется в результате химической реакции, которая приводит к образованию в растворе микроскопических частиц гидрооксида магния. Таким образом, раствор становится гелеобразным и после химической обработки становится седиментационно устойчивой системой. Структурно-механические свойства подобного раствора остаются неизменными, не смотря на любую минерализацию. В связи с этим, целесообразность его применения состоит в обеспечении высокой устойчивости скважинных стенок. Однако, контролировать и регулировать минерализацию раствора, даже не смотря на все ранее сказанное, достаточно трудно. Еще одним видом неглинистых растворов являются биополимерные растворы.

Растворы, в основе которых находится углеводород, являются многокомпонентной системой, в которой основной средой является нефть или жидкие нефтепродукты, а в качестве дисперсной фазы выступает окисленный битум, асфальт или же глина, прошедшая специальную обработку. Растворы данного типа не оказывают негативного воздействия на нефтегазовые коллекторы. Кроме этого им присущи смазывающие свойства, благодаря которым, значительно снижается расход мощности на холостое вращение бурильной колонны в стволе скважины, а также уменьшается износ бурильных труб и долот. Но большим минусом применения данного вида буровых растворов является их достаточно высокая стоимость, а также их высокая пожароопасность и трудности во время очистки инструментов и оборудования.  Поэтому, данные растворы целесообразно использовать при повышении эффективности бурения в породах-коллекторах и сохранения их нефтегазоотдачи на начальном уровне, а также во время бурения скважин в сложных условиях при разбуривании мощных пачек набухающих глин и растворимых солей.

Эмульсионные буровые растворы применяются во время бурения в глинистых отложениях и солевые толщах. Им присущи хорошие смазочные свойства. Кроме этого, они предотвращают прихват инструмента в скважине.

К аэрированным буровым растворам относятся смеси пузырьков воздуха с промывочными жидкостями, которыми являются вода, нефтяные эмульсии и другие. Соотношение эмульсий и воздуха должно быть до 1:30. В состав таких растворов часто добавляют специальные реагенты – поверхностно-активные вещества и пенообразователи. Это делается с целью увеличения стабильности данных растворов.

Система очистки бурового раствора

Такие свойства раствора, как его плотность, вязкость, статическое напряжение сдвига и т.д., определяются типом и количеством твердой фазы бурового раствора, которая оказывает огромное влияние на скорость бурения, вращение, а также стабильность ствола скважины.

В связи с этим, очень целесообразно использовать механическое оборудование, позволяющее контролировать содержание твердой фазы в растворе.  Работа механического оборудования очистки осуществляется с помощью силы ускорения или же центробежной силы, благодаря чему становится возможным существенно повысить уровень сепарации в сравнении с процессом осаждения. Система очистки бурового раствора может состоять из одного или нескольких модулей.

Система очистки буровых растворов должна соответствовать следующим требованиям:

  • обработка всего количества циркуляции;
  • согласование очередности установки согласно размеру частиц, которые будут отделяться;
  • правильность монтажа, точная настройка, благодаря чему значительно повышается эффективность работы следующей ступени;
  • оптимизация процесса сепарации – обработка от четверти до половины объема циркуляции.


Смотрите также